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Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage.
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Eine Abgasanlage für ein Fahrzeug umfasst einen Hauptabgasstrang, wobei außerhalb dieses Hauptabgasstrangs ein Entnahmestrang angebracht werden kann, mit dem eine Niederdruck-Abgasrückführung realisiert werden kann. Dabei sind der in der Regel rohrförmige Hauptabgasstrang und der Entnahmestrang nebeneinander parallel angeordnet, wobei der Entnahmestrang an einer Entnahmestelle in den Hauptabgasstrang mündet. Weiterhin ist vorgesehen, dass innerhalb der Abgasanlage strömendes Abgas mit einem Sensor zu erfassen ist. Hierbei ist aufgrund einer Sensoranströmung sowie zum Schutz des Sensors zwischen dem Sensor und der Entnahmestelle ein Mindestabstand erforderlich. Allerdings kann eine derart ausgebildete Abgasanlage innerhalb des Fahrzeugs Bauteilkollisionen im Fahrzeugpackage verursachen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 014 852 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem bekannt, dem mittels einer Dosiereinheit ein Zusatzstoff zudosierbar ist.
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Eine Vorrichtung zur Zuführung einer wässrigen Harnstofflösung vor einem Katalysator einer Abgasanlage ist in der Druckschrift
DE 10 2008 054 800 A1 beschrieben.
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Eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsraum und einem Abgassystem, das über eine Abgasrückführung verfügt, ist in der Druckschrift
EP 2 058 504 A2 beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, eine Abgasanlage platzsparend auszubilden.
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Diese Aufgabe wird mit einer Abgasanlage und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Abgasanlage und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Abgasanlage umfasst einen Hauptstrang, einen Entnahmestrang und einen Sensor. Dabei sind entlang des Hauptstrangs eine erste Position und eine zweite Position definiert, wobei der Sensor an der ersten Position angeordnet ist. Ein Eingang bzw. eine Öffnung als Entnahmestelle für Abgas sowie ein erster Abschnitt des Entnahmestrangs sind innerhalb des Hauptstrangs angeordnet. Dagegen ist ein zweiter Abschnitt des Entnahmestrangs außerhalb des Hauptstrangs angeordnet. Hier ist der Entnahmestrang an einer dritten Position, die zwischen der ersten und der zweiten Position angeordnet ist bzw. sich dazwischen befindet, aus dem Hauptstrang herausgeführt. Es ist vorgesehen, dass Abgas beim Durchströmen des Hauptstrangs in einer Hauptströmungsrichtung zunächst die erste Position, danach die dritte Position und dann die zweite Position passiert, wobei ein Teil des Abgases bei Erreichen der zweiten Position in die Öffnung bzw. den Eingang des Entnahmestrangs und in einer Gegenströmungsrichtung durch den Entnahmestrang aus dem Hauptstrang strömt.
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Der Sensor ist dazu ausgebildet, mindestens eine Zustandsgröße des an dem Sensor vorbeiströmenden Abgases zu erfassen. Dabei entspricht bzw. entsprechen die zweite Position und/oder die Öffnung des ersten Abschnitts des Entnahmestrangs einer Entnahmestelle, an der Abgas innerhalb des Hauptstrangs aus dem Hauptstrang entnommen werden kann.
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In Ausgestaltung weist ein Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position mindestens einen einzuhaltenden Sollwert auf, wobei dieser Sollwert einen vorgegebenen Mindestabstand zwischen der ersten und der zweiten Position definiert. Dieser Mindestabstand zwischen dem Sensor an der ersten Position und der Öffnung des Entnahmestrangs an der zweiten Position ist einzuhalten und darf nicht unterschritten werden, um den Sensor vor eventuell kondensiertem Wasser zu schützen. Der Mindestabstand kann bspw. 150 mm betragen.
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Der Entnahmestrang ist als zumindest teilweise und/oder abschnittsweise dem Hauptstrang entgegengesetzt orientierter Gegenstrang ausgebildet. Hierbei ist in Ausgestaltung mindestens der erste Abschnitt des Entnahmestrangs, der innerhalb des Hauptstrangs angeordnet ist, je nach Definition als Gegenstrang zu dem Hauptstrang ausgebildet. Der zweite Abschnitt des Entnahmestrangs außerhalb des Hauptstrangs kann je nach Definition zumindest abschnittsweise ebenfalls als Gegenstrang ausgebildet sein. Dabei strömt das Abgas in mindestens einem als Gegenstrang ausgebildeten und/oder zu bezeichnenden Abschnitt des Entnahmestrangs in der der Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt orientierten Gegenström ungsrichtung.
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Der Hauptstrang ist in der Hauptströmungsrichtung einem Verbrennungsmotor nachgeschaltet. Demnach strömt Abgas in der Hauptströmungsrichtung aus dem Verbrennungsmotor durch den Hauptstrang.
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Der Hauptstrang und/oder der Entnahmestrang kann bzw. können zumindest abschnittsweise, ggf. vollständig einen ellipsenförmigen, bspw. kreisrunden bzw. kreisförmigen, Querschnitt aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer Abgasanlage vorgesehen, die einen Hauptstrang, einen Entnahmestrang und einen Sensor aufweist, wobei entlang des Hauptstrangs eine erste Position und eine zweite Position definiert sind. Dabei ist der Sensor an der ersten Position angeordnet, wobei eine Öffnung bzw. ein Eingang sowie ein erster Abschnitt des Entnahmestrangs innerhalb des Hauptstrangs angeordnet sind. Ein zweiter Abschnitt des Entnahmestrangs ist außerhalb des Hauptstrangs angeordnet, wobei der Entnahmestrang an einer dritten Position, die zwischen der ersten und der zweiten Position angeordnet ist, aus dem Hauptstrang herausgeführt ist, wobei der Hauptstrang von Abgas in einer Hauptströmungsrichtung durchströmt wird, wobei das Abgas zunächst die erste Position und dann die zweite Position passiert, wobei ein Teil des Abgases bei Erreichen der zweiten Position in die Öffnung bzw. den Eingang des Entnahmestrangs als Entnahmestelle, die innerhalb des Hauptstrangs angeordnet ist, strömt. Weiterhin strömt das Abgas durch den Entnahmestrang in einer Gegenströmungsrichtung aus dem Hauptstrang heraus.
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Außerdem wird mit dem Sensor mindestens eine Zustandsgröße des an ihm vorbeiströmenden Abgases erfasst.
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In optionaler Ausgestaltung ist und/oder wird ein Wert eines Drucks des Abgases innerhalb des Entnahmestrangs geringer als der Wert des Drucks des Abgases in dem Hauptstrang eingestellt. Ein Verhältnis der genannten Werte des Drucks hängt bspw. von einer Form und/oder einem Winkel der Öffnung des Entnahmestrangs ab, wobei dieser Winkel bspw. relativ zu Hauptachsen des Hauptstrangs und des Entnahmestrangs orientiert sein kann.
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Der Entnahmestrang wird von dem Abgas in der Gegenströmungsrichtung durchströmt, die zumindest zwischen der zweiten Position und der dritten Position der Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt ist.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der aus dem Hauptstrang entnommene Teil des Abgases durch den Entnahmestrang wieder zu dem Verbrennungsmotor transportiert wird. Dabei ist es möglich, dass zwischen dem Entnahmestrang und dem Verbrennungsmotor und/oder entlang des Entnahmestrangs mindestens eine Einrichtung zum Behandeln, bspw. zum Reinigen von Abgas, bspw. ein Konverter, ein Partikelfilter und/oder ein Katalysator angeordnet ist.
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Durch die Maßnahme, den Entnahmestrang zumindest teilweise innerhalb des Hauptstrangs anzuordnen, wird eine bauraumoptimierte Abgasanlage bereitgestellt, mit der Abgas als Medium bauraumoptimiert innerhalb der Abgasanlage bspw. zu dem Verbrennungsmotor geführt werden kann. Dabei ist mit der Abgaslage in Ausgestaltung eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) umsetzbar.
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Durch eine bspw. koaxiale Führung des Entnahmestrangs innerhalb des Hauptstrangs kann die Entnahmestelle an aus dem Hauptstrang zu entnehmendes Abgas angepasst werden.
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Die vorgestellte Abgasanlage ist üblicherweise für ein bspw. als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug geeignet, das den Verbrennungsmotor bzw. eine Brennkraftmaschine aufweist, der bzw. die beim Betrieb durch Verbrennung von Kraftstoff Abgas bildet, das über die Abgasanlage aus dem Fahrzeug heraus in die Umgebung emittiert werden kann.
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Dabei umfasst die Abgasanlage neben dem Hauptstrang, dem Gegenstrang und dem Sensor mindestens eine Einrichtung zum Behandeln, bspw. Reinigen, von Abgas, die als Katalysator und/oder als Partikelfilter ausgebildet sein kann, wobei diese mindestens eine Einrichtung zum Reinigen von Abgas vor dem Hauptstrang angeordnet sein kann, wobei das Abgas in diesem Fall in der vorgesehenen Hauptströmungsrichtung ausgehend von dem Verbrennungsmotor zunächst die mindestens eine Einrichtung zum Reinigen und danach erst den Hauptstrang durchströmt. Alternativ oder ergänzend kann die mindestens eine Einrichtung zum Reinigen von Abgas innerhalb der Abgasanlage dem Hauptstrang nachgeschaltet sein, wobei das Abgas in der Hauptströmungsrichtung nach Passieren des Hauptstrangs diese mindestens eine Einrichtung zum Reinigen durchströmt.
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Die vorgestellte Abgasanlage ermöglicht eine Integration einer Führung von Abgas als zu führendem Medium innerhalb des Fahrzeugs auch für den Fall, dass ein Bauraum für die Abgasanlage begrenzt sein sollte. Dabei ist für die Abgasanlage ein vergleichsweise geringer Bauraumbedarf innerhalb des Fahrzeugs erforderlich, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, dass bei der Integration der Abgasanlage in dem Fahrzeug mehrere Freiheitsgrade zur Verfügung stehen. Dies ist auch dann möglich, wenn die vorgestellte Abgasanlage nachträglich in das Fahrzeug eingebaut und somit integriert werden sollte, da die Abgasanlage aufgrund ihrer Form bauraumoptimiert an weitere bereits vorhandene Komponenten, bspw. Bauteile, innerhalb des Fahrzeugs und somit innerhalb einer für die Abgasanlage vorgesehenen Umgebung angepasst werden kann.
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Die nunmehr an der zweiten Position vorgesehene optimierte Entnahmestelle für Abgas aus dem Hauptstrang kann an der dritten Stelle in einem bauraumneutralen Bereich des Fahrzeugs in den Hauptstrang bzw. Hauptabgasstrang über den Entnahmestrang bzw. Entnahmeabgasstrang eingeführt werden. Ein erforderlicher Mindestabstand zwischen dem Sensor und der Entnahmestelle an der Position bzw. der Öffnung des Entnahmestrangs wird innerhalb des Hauptstrangs bereitgestellt. Um einen reduzierten Querschnitt des Hauptstrangs, der sich aufgrund der Anordnung des ersten Abschnitts des Entnahmestrangs innerhalb des Hauptstrangs ergibt, zu kompensieren, kann der Querschnitt, bspw. ein Durchmesser, des Hauptstrangs vergrößert werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Abgasanlage aus unterschiedlichen Perspektiven.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage aus unterschiedlichen Perspektiven.
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1a zeigt in schematischer Darstellung die aus dem Stand der Technik bekannte Abgasanlage 2, die als Komponenten einen Hauptstrang 4 und einen als Gegenstrang ausgebildeten Entnahmestrang 6 aufweist, der an einer Entnahmestelle 8 aus dem Hauptstrang 4 herausgeführt ist.
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1b zeigt den Hauptstrang 4 und den Entnahmestrang 6 entlang einer in 1a angedeuteten Schnittlinie IB.
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Beim Betrieb der Abgasanlage 2 strömt Abgas von einem Verbrennungsmotor in einer Hauptströmungsrichtung, die hier durch Pfeile 10 angedeutet ist, durch den Hauptstrang 4. Dabei wird ein Teil des Abgases, wie durch einen gebogenen Pfeil 12 angedeutet ist, an der Entnahmestelle 8 aus dem Hauptstrang 4 in den Entnahmestrang 6 geführt, durch den das Abgas in einer durch einen Pfeil 14 angedeuteten Gegenströmungsrichtung entgegen der Hauptströmungsrichtung zurückströmen kann. Das Abgas wird in der Gegenströmungsrichtung üblicherweise einer Niederdruck-Abgasrückführung zugeführt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass an dem Hauptstrang 4 ein Sensor 16 zum Erfassen des Abgases angeordnet ist. Dabei ist bei einer Konzeption der Abgasanlage 2 zu beachten, dass zwischen dem Sensor 16 und der Entnahmestelle 8 ein durch einen Doppelpfeil 18 angedeuteter Mindestabstand eingehalten werden muss.
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Insbesondere bei einem nachträglichen Einbau des Hauptstrangs 4 und dem daraus verzweigten Entnahmestrang 6 kann es zu einer Kollision mit einem weiteren, bereits in dem Fahrzeug vorhandenen Bauteil 20 kommen, da eine aufgrund des Vorhandenseins des Bauteils 20 gegebene Bauraumumgebung nicht verändert werden kann. Eine derartige Kollision ist in 1a durch einen Blitz 22 angedeutet. Eine Breite eines Bauraums, der für den Hauptstrang 4 und den Entnahmestrang 6 erforderlich ist, ist in 1b durch einen Doppelpfeil 24 angedeutet.
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Die in 2a schematisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage 30 umfasst als Komponenten einen Hauptstrang 32 und einen Entnahmestrang 34. Als mindestens eine weitere Komponente umfasst diese Abgasanlage 30 einen Sensor 36 zum Erfassen von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs in einer Hauptströmungsrichtung, die durch Pfeile 38 angedeutet ist, aus dem Verbrennungsmotor zu dem Hauptstrang 32 sowie durch diesen hindurch strömt.
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Für diese Abgasanlage 30 ist eine erste Position 40 definiert und/oder vorgesehen bzw. vorgeschrieben, an der der Sensor 36 an dem Hauptstrang 32 anzuordnen bzw. angeordnet ist. Außerdem ist eine zweite Position 42 definiert und/oder vorgesehen bzw. vorgeschrieben, an der aus dem Hauptstrang 32 ein Teil des Abgases zu entnehmen und über den Entnahmestrang 34 in einer Gegenströmungsrichtung (Pfeil 44) einer Niederdruck-Abgasrückführung zuführbar und/oder zuzuführen ist. Dabei weist der Entnahmestrang 34 innerhalb des Hauptstrangs 32 an seinem Ende eine Öffnung 48 bzw. einen Eingang für Abgas auf. Diese Öffnung 48 an der zweiten Position 42 ist je nach Definition als Entnahmestelle für Abgas aus dem Hauptstrang 32 innerhalb des Hauptstrangs 32 ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
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Dabei muss ein Abstand zwischen der ersten Position 40 und der zweiten Position 42 einen minimalen Wert bzw. Sollwert und somit einen Mindestabstand aufweisen, wobei der vorgesehene minimale Abstand in 2a durch einen Doppelpfeil 46 angedeutet ist.
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Bei der vorgestellten Ausführungsform der Abgasanlage ist vorgesehen, dass der Entnahmestrang 34 einen ersten Abschnitt 34a und einen zweiten Abschnitt 34b aufweist und je nach Definition in diese beiden Abschnitte 34a, 34b sowie einen dritten Abschnitt 34c unterteilt ist. Der erste Abschnitt 34a und somit der Entnahmestrang 34 ist an der ersten Position 42 innerhalb des Hauptstrangs 32 angeordnet. An einer dritten Position 50 entlang des Hauptstrangs 32, die zwischen der ersten Position 40 und der zweiten Position 42 angeordnet ist, weist der Entnahmestrang 34 den gebogenen, dritten Abschnitt 34c auf, wobei der Entnahmestrang 34 über diesen dritten Abschnitt 34c aus einer Öffnung 50 des Hauptstrangs 32 aus diesem herausgeführt ist bzw. wird. Dabei ist der hier gebogene, dritte Abschnitt 34c des Entnahmestrangs 34 zwischen dem ersten Abschnitt 34a und dem zweiten Abschnitt 34b angeordnet und bildet demnach einen Übergang zwischen dem ersten Abschnitt 34a und dem zweiten Abschnitt 34b. Folglich ist der Entnahmestrang 34 teilweise bzw. abschnittsweise, (hinsichtlich des ersten Abschnitts 34a) innerhalb des Hauptstrangs 32 sowie teilweise bzw. abschnittsweise (hinsichtlich des zweiten Abschnitts 34b) außerhalb des Hauptstrangs 32 angeordnet.
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In 2a ist auch eine Schnittlinie IIB angedeutet, wobei 2b einen Schnitt durch die Abgasanlage 30 entlang dieser Schnittlinie IIB zeigt. Eine Breite der Abgasanlage 30 ist in 2b durch einen Doppelpfeil 54 angedeutet und lediglich von einem Durchmesser des Hauptstrangs 32 abhängig sowie gegenüber der Breite der aus dem Stand der Technik bekannten Abgasanlage 2 (Pfeil 24 in 1b) reduziert. Demnach ist auch ein Bauraum der Abgasanlage 30 im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Abgasanlage 2 reduziert, so dass eine etwaige Kollision mit mindestens einem weiteren Bauteil 56 des Fahrzeugs vermieden werden kann.
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Eine Breite des Bauraums der Abgasanlage 2, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, ergibt sich zumindest aus einer Summe eines Durchmessers des Hauptstrangs 4 und eines Durchmessers des Entnahmestrangs 6, wobei der Durchmesser des Hauptstrangs 2 größer als der Durchmesser des Entnahmestrangs 6 ist (1b). Dagegen ist eine Breite eines Bauraums der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage 30 reduziert (2b). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Entnahmestrang 34 bzw. dessen erster Abschnitt 34a denselben Durchmesser wie der Entnahmestrang 6 aus dem Stand der Technik aufweist. In der Regel entspricht eine gesamte Fläche des Hauptstrangs 32 einer effektiven Fläche des Hauptstrangs 32 zuzüglich einer Fläche des darin angedeuteten ersten Abschnitts 34a des Entnahmestrangs 34, wobei die effektive Fläche des Hauptstrangs 32 der Fläche des Hauptstrangs 4 aus dem Stand der Technik entspricht. Zwar ist ein Durchmesser des Hauptstrangs 32 der erfindungsgemäßen Abgasanlage 30 größer als der Durchmesser des Hauptstrangs 4 aus dem Stand der Technik, allerdings ist dieser Durchmesser geringer als die Breite der gesamten Abgasanlage 2 (1b) aus dem Stand der Technik.
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Die vorgestellte Abgasanlage 30 kann in das Fahrzeug auch nachträglich eingebaut werden und somit eine zuvor vorhandene Abgasanlage ersetzen, ohne dass es zu einer Kollision mit dem mindestens einen weiteren Bauteil 56 des Fahrzeugs, das bereits zuvor darin vorhanden sein kann, kommt.
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Beim Betrieb der Abgasanlage 30 strömt Abgas, das sich bei der Verbrennung von Kraftstoff in dem Verbrennungsmotor bildet, ausgehend von dem Verbrennungsmotor in der Hauptströmungsrichtung 38 zu dem Hauptstrang 32. Dabei passiert das Abgas zunächst die erste Position 40, wobei ein Wert mindestens eines Zustandsparameters des Abgases von dem an der ersten Position 40 angeordneten Sensor 36 erfasst werden kann. Ausgehend von der ersten Position 40 durchströmt das Abgas in der Hauptströmungsrichtung 38 weiterhin den Hauptstrang 32. Erst nachdem das Abgas den durch den Doppelpfeil 46 angedeuteten minimalen Abstand bzw. Mindestabstand zurückgelegt hat, kann ein Teil des Abgases an der zweiten Position 42, wie durch einen gebogenen Pfeil 58 angedeutet, durch die als Entnahmestelle vorgesehene Öffnung 48 des ersten Abschnitts 34a in den Entnahmestrang 34 strömen. Weiterhin strömt das Abgas über den dritten Abschnitt 34c des Entnahmestrangs 34 an der dritten Position 50 aus dem Hauptstrang 32 heraus in den zweiten Abschnitt 34b des Entnahmestrangs 34, wobei das Abgas nachfolgend in der Gegenströmungsrichtung (Pfeil 44), die zu der Hauptströmungsrichtung (Pfeile 38) entgegengesetzt orientiert ist, unter Realisierung einer Niederdruckabgasrückführung wieder zu dem Verbrennungsmotor zurück strömen kann.
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Weiterhin kann in der Hauptströmungsrichtung (Pfeile 38) innerhalb des Hauptstrangs 32 hinter der zweiten Position 42 eine Staudruckklappe angeordnet sein, mit der je nach Stellung eine Menge an Abgas, das in die Öffnung 48 des Entnahmestrangs 34 in der Gegenströmungsrichtung (Pfeil 44) strömt, reguliert und somit eingestellt werden kann. Außerdem können in der Gegenströmungsrichtung nacheinander ein Niederdruckabgasrückführungskühler, ggf. ein Partikelsieb sowie ein Niederdruckführungsventil zur Regelung einer Menge an rückgeführtem Abgas angeordnet sein. Danach kann die Abgasanlage 30 einen Mischer zum Mischen von rückgeführtem Abgas und frischer Luft aufweisen. Ein hierbei erzeugtes Gemisch aus Abgas und Luft kann einem Turbolader sowie dem Verbrennungsmotor zugeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008014852 A1 [0003]
- DE 102008054800 A1 [0004]
- EP 2058504 A2 [0005]
